Управлять гаджетами силой мысли. Как зарождались нейроинтерфейсы и на что они способны сейчас

Когда речь заходит о технологиях, рядом обязательно всплывает Илон Маск. Одной рукой он пытается колонизировать Марс, другой — регулярно шатает мировые рынки акций и криптовалют. В 2019 году эксцентричный бизнесмен представил миру очередное своё детище — компанию Neuralink, которая занимается разработкой технологий для интерфейса «мозг — компьютер». Специалисты стартапа верят, что результаты их исследований способны победить некоторые неврологические заболевания. А в перспективе — ни много ни мало «улучшитьA quick guide to Elon Musk’s new brain‑implant company, Neuralink / Los Angeles Times» человека.

Однако подопытные обезьяны Маска в этом вопросе далеко не первопроходцы.

С чего всё начиналось

Технологии, которые позволяют обмениваться информацией между мозгом и внешним устройством — компьютером, протезом, смартфоном, инвалидной коляской или другим медицинским прибором, — начали развивать ещё в прошлом веке. В 1965 году нейрофизиолог Хосе Дельгадо провёл экспериментT. Marzullo. The Missing Manuscript of Dr. Jose Delgado’s Radio Controlled Bulls / NCBI: он сконструировал нейрочип и вживил его в мозг быка, который принимал участие в корриде. Испытатель хотел доказать, что с помощью прямого воздействия на мозг разными раздражителями можно управлять агрессией животного.

Эксперимент проходил так: Дельгадо вышел на арену, бычок увидел цель, а когда расстояние между тореадором и животным сократилось до фатального, учёный нажал кнопку на пульте управления. Бык отскочил в сторону. Чтобы закрепить результат, Дельгадо достал красное полотнище. Реванша не случилось: устройство и во второй раз спасло исследователя от удара рогами. Результаты опыта сохранились на видео.

Позже профессор Дельгадо продолжил свои успешныеT. Marzullo. The Missing Manuscript of Dr. Jose Delgado’s Radio Controlled Bulls / NCBI эксперименты и на других животных, а в 1970 году в интервью The New York Times произнёсBrain Researcher José Delgado Asks— ‘What Kind of Humans Would We Like to Construct?’ / NYT по‑настоящему революционную фразу:

‎Человеческая раса находится в поворотном моменте эволюции. Мы близки к тому, чтобы самостоятельно конструировать психические функции. <…> Вопрос в том, каких людей мы хотели бы создать в идеале?‎

Тогда результаты изысканий учёного вызвали шквал этических разногласий. Но потенциальная польза от технологии перевесила, и научное сообщество начало эксперименты на людях.

Слава первого в мире киборга досталась парализованному художнику Джонни Рею. Из‑за серьёзной травмы он страдалT. Halan, J. Ortiz, D. Reddy, A. Altamimi, A. Ajibowo, S. Fabara. Locked‑In Syndrome: A Systematic Review of Long‑Term Management and Prognosis / NCBI синдромом «запертого человека‎»: не мог двигаться, разговаривать и даже моргать. В 1998 году невролог Филип Кеннеди вживилTurning thoughts into actions / The Washington Post в мозг Джонни микроэлектрод. Рей должен был думать о простых движениях — например, как он поднимает руку. Нервные импульсы, соответствующие этим действиям, двигали курсор на экране компьютера. Так у парализованного художника появилась возможность общаться.

Правда, ненадолго. Через четыре года после операции первый человек‑киборг умер, а у доктора Кеннеди закончились гранты на исследования. Тогда врач решил принести себя в жертву науке и в 2014 году вживилThe Neurologist Who Hacked His Brain — And Almost Lost His Mind / Wired электроды в собственную голову. Для этого он отправился в Белиз, так как в США запретили подобные эксперименты. Но уже в следующем году исследование пришлось свернуть из‑за ухудшения здоровья доктора Кеннеди.

Какими бывают нейроинтерфейсы

Создать связь с устройством можно разными путями, поэтому все существующие нейроинтерфейсы делят по типам:

• Инвазивные — те, что вживляются непосредственно в мозг. Эксперименты Дельгадо и Кеннеди относятся как раз к таким.
• Малоинвазивные, при которых электроды располагаются на поверхности мозга. Например, известные и давно применяемые для лечения глухоты кохлеарные имплантыПоддержка кохлеарных имплантов: рекомендации Всемирного доклада по слуху, 2021 год / Cochlear Implant International Community of Action.
• Неинвазивные — не требующие операции в принципе. Так работает много устройств — от электроэнцефалограммы до тренажёров для нейрофитнеса.

Есть ещё одна классификация. По принципу считывания и отправки сигнала мозговые интерфейсы могут быть однонаправленными (связь работает либо от человека к устройству, либо наоборот) или двунаправленными (чип может посылать и принимать сигналы одновременно). Вторые существуют пока лишь на уровне концепций и научных гипотез.

Где уже применяются нейроинтерфейсы

Медицина

После первой операции на мозге парализованного художника прошло всего 25 лет, но нейротехнологии стремительно рванули вперёд. Впечатляющих результатов удалось добиться в сфере протезирования и реабилитации. Например, в 2016 году учёные из Университета Джонса Хопкинса создалиThought‑controlled prosthetic arm can also send sensory signals to patients / Johns Hopkins University роборуку, которая управляется силой мысли. Специалисты из Калифорнийского университета с помощью нейроинтерфейса, стимуляции мышц и подвеса научилиCh. King, P. Wang, C. McCrimmon, C. Chou. The feasibility of a brain‑computer interface functional electrical stimulation system for the restoration of overground walking after paraplegia / Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation заново ходить парализованного ниже пояса человека. Ещё одной группе исследователей удалось частично восстановитьA. Donati, S. Shokur, E. Morya, D. Campos, R. Moioli, C. Gitti, P. Augusto, S.Tripodi, C. Pires, G. Pereira, F. Brasil, S. Gallo, A. Lin, A. Takigami, M. Aratanha, S. Joshi, H. Bleuler, G. Cheng, A. Rudolph, M. Nicolelis. Long‑Term Training with a Brain‑Machine Interface‑Based Gait Protocol Induces Partial Neurological Recovery in Paraplegic Patients / Nature спинной мозг у пациентов с помощью нейроинтерфейса, виртуальной реальности и экзоскелета.

В августе 2021 года исследователи Массачусетского технологического университета совместно с коллегами из Шанхайского университета Чжао Тонг представилиInflatable robotic hand gives amputees real‑time tactile control / MIT News тактильный протез руки. Он не только позволяет управлять пальцами, но и возвращает чувство осязания: можно гладить кошку и чувствовать фактуру её мягкой шерсти культёй.

Успехи есть и в области лечения зрения. В 2017 году в России впервые провели операции по установке бионических имплантов пациентам с повреждённой сетчаткой. Вмонтированная в очки камера передавала сигнал киберглазу, а тот отправлял в мозг зрительные образы. Сейчас учёные проводят испытания технологии кортикальных имплантов. Она отличается тем, что микрочип позволит незрячим получать картинку, минуя глаза. Фактически — видеть мозгом.

Считывание сигналов мозга помогает лучше понять эмоциональное состояние человека и даже справляться с некоторыми неврологическими нарушениями. Например, нейроинтерфейс, разработанный стартапом NeuroAngel, определяет выгорание от работы. А гарнитура PigPug помогает детям с расстройством аутистического спектра или синдромом дефицита внимания и гиперактивности научиться концентрироваться и расслабляться.

Развлечения

Игровая индустрия нацелена использовать связь «мозг — устройство», чтобы улучшить геймплей. Уже сейчас с помощью гарнитур можно управлять персонажами, концентрируясь на определённых участках экрана. Так работает тот же тренажёр PigPug. Скорее всего, в недалёком будущем мозговые интерфейсы помогут управлять аватарами в метавселенных и отдельных VR-играх.

В 2021 году французская компания NextMind вывела на рынок первое устройство, которое позволяет раздавать команды компьютеру и телевизору. С выпуском достаточного количества совместимого ПО такая гарнитура откроет массу инклюзивных возможностей для тех, кому недоступно управление техникой обычным способом.

К чему может привести развитие нейротехнологий

С тех пор как учёный вышел один на один против чипированного быка, споры вокруг симбиоза нейроинтерфейсов и человека не утихают. Оптимистично настроенные сторонники технологии предрекают наступление эры киборгов. Они полагают, что таких людей можно считать представителями новой ветки эволюции. Природа не смогла помочь им, зато помогли машины. Британский учёный, независимый исследователь, эколог и футурист Джеймс Лавлок пишетCyborgs will replace humans and remake the world, James Lovelock says / NBC News в своей книге:

Понимать будущее будут не люди, а те, кого я называю киборгами. Они спроектируют и построят сами себя.

Связь естественного и искусственного интеллекта способна перевернуть наше представление о многих вещах: об управлении гаджетами, о восприятии информации и рабочих процессах. В самых смелых прогнозах футурологов даже мелькают слова «телепатия», «загрузка сознания» и «цифровое бессмертие».

Однако мозг и его потенциал все ещё остаются малоизученными. Поэтому антиутопичные сценарии тоже существуют. Любую связь можно взломать, и связь «мозг — компьютер» не исключение. Нейроинтерфейсы потенциально могут быть «пропуском» в сознание, и именно этого, по мнению противников технологии, стоит опасаться.